실시간 실험환경 구축을 통한 급격한 조향 및 제동구간에서 모델예측제어 기법의 성능 평가 (An Experimental Study of Model Predictive Control Method for Autonomous Vehicles Under Severe Steering & Braking Maneuver)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 42권 / 3호 / 221 ~ 230페이지
· 저자명 : 이종성, 강연식

초록

본 논문에서는 급격한 조향 및 제동상황에서 자율주행차량의 상위제어를 위한 모델예측제어 알고리즘을 설계하였고 실험환경을 통해 그 성능을 검증하였다. 갑작스런 가속 및 조향과 같은 극한의 주행상황에서 차량은 안정성을 잃거나 액츄에이터의 작동범위를 초과하는 경향이 있다. 본 논문에서는 이러한 상황을 피하기 위해 비선형 모델 예측 제어방법을 상위 제어기로 사용하는 제어 전략을 제안하였다. 비선형 모델 예측 제어는 차량 운동학적 모델을 사용하여 미래의 정해진 시점까지 차량궤적을 예측하고 원하는 궤적으로부터의 오차에 따른 가격 함수를 계산하며, 사전 결정된 액추에이터 제약 조건 및 횡가속도 제한 조건 내에서 가격함수를 최소화하는 제어 입력 값을 계산한다. 본 연구에서 고안된 자율주행 제어기의 실시간 성능을 검증하고자 스케일카 기반의 실험환경을 구축하였으며, 수 차례의 급격한 코너가 있는 경로에서 실험을 통해 차량 동력학에 의한 제약조건을 만족하며 실시간 제어가 가능함을 검증하였다.

영어초록

This paper presents an experimental study of an autonomous control method for vehicles under extreme maneuver. Vehicles under extreme maneuver, such as sudden acceleration and steering tend to lose stability or have large overshoot from their desired pose due to actuator saturations. In order to avoid such an undesirable situation, this paper developed a control strategy using a nonlinear model predictive control (NMPC) method as a high-level controller in order to follow the desired trajectory smoothly and avoid unmanageable situations. Lateral acceleration is limited to keep the vehicle's motion stable. With vehicle kinematic model, the NMPC predicts the vehicle position up to the future N time steps and calculates a cost function composed of errors. The NMPC computes the low-level controller's desired value, which minimizes the cost function within the pre-determined actuator constraints. The autonomous control method has been tested experimentally with the scale car following a path with many sharp turns.

참고자료

· 없음